本校は，前身である木曽中学校（のちの長野県木曽西高等学校）が大正１２（１９２３）年４月１日に開校し，また，もう一つの前身である木曽高等女学校（のちの長野県木曽東高等学校）が木曽福島実科高等女学校として同年４月開校したことをもって創立とする。そして，創立以来五十有余年の歴史をもつ長野県木曽西高等学校と長野県木曽東高等学校が昭和５７年４月に統合され，「長野県木曽高等学校」として発足し現在に至っている。
全日制には普通科・理数科が，定時制には普通科が設置されている。
木曽東高等学校時代の昭和４１年から衛生看護科が設置されていたが，平成１４年から募集停止，平成１５年度をもって閉科となったため，全日制は平成１６年度から普通科・理数科となった。
木曽山林高校と統合して木曽青峰高校が開校したことにより、全課程とも平成１９年から募集停止となった。平成２１年３月には全日制最後の卒業生が卒業し、全日制課程閉課程式を挙行した。
平成２２年３月に定時制最後の卒業生が卒業したことにより、木曽高校は閉校となる。